生物修復

バイオベンティングは、土壌の不飽和ゾーンへの酸素または空気の流れを増加させるプロセスであり、これにより、対象となる炭化水素汚染物質の自然な現場分解速度が増加します。 ^{[ 12 ]}好気性バイオレメディエーションであるバイオベンティングは、石油、多環芳香族炭化水素（PAH）、フェノール、およびその他の還元汚染物質の酸化のための電子受容体として酸素が提供される、最も一般的な酸化バイオレメディエーションプロセスです。酸素は、エネルギー収率が高く、一部の酵素系が分解プロセスを開始するために酸素を必要とするため、一般的に好ましい電子受容体です。^{[ 8 ]}微生物は、ガソリン、灯油、ディーゼル、ジェット燃料の成分を含む、さまざまな炭化水素を分解できます。理想的な好気性条件下では、低～中程度の重量の脂肪族、脂環式、および芳香族化合物の生分解速度は非常に高くなる可能性があります。化合物の分子量が増加すると、生分解に対する抵抗力も同時に増加します。^{[ 8 ]}その結果、分子量が大きいため汚染された揮発性化合物が多くなり、環境から除去するのがより困難になります。

ほとんどのバイオレメディエーションプロセスは酸化還元反応を伴い、還元された汚染物質（炭化水素など）の酸化を促進するために電子受容体（一般的には酸素）が添加されるか、酸化された汚染物質（硝酸塩、過塩素酸塩、酸化金属、塩素化溶剤、爆発物、推進剤）を還元するために電子供与体（一般的には有機基質）が添加されます。^{[ 6 ]}これらのアプローチの両方において、微生物の条件を最適化するために、追加の栄養素、ビタミン、ミネラル、およびpH緩衝剤が添加される場合があります。^{[ 13 ]}場合によっては、生分解をさらに促進するために、特殊な微生物培養物が添加されます（バイオオーグメンテーション）。^{[ 14 ]}

地下水位より下の酸素添加方法には、処理ゾーンを通して曝気水を循環させる方法、純酸素または過酸化物を添加する方法、およびエアースパージングなどがあります。^{[ 15 ]}循環システムは通常、注入井またはギャラリーと、抽出された地下水が処理、酸素化、栄養分添加され、再注入される1つ以上の回収井の組み合わせで構成されています。^{[ 16 ]}ただし、この方法で供給できる酸素の量は、水中の酸素の溶解度が低いこと（ 通常の温度で空気と平衡状態にある水の場合、8～10 mg/L）によって制限されます。より多くの酸素は、純酸素と水を接触させるか、過酸化水素（_H2O2）を水に添加することによって供給できます。場合によっては、固体の過酸化カルシウムまたは過酸化マグネシウムのスラリーが土壌ボーリングを通して加圧注入されます。これらの固体の過酸化物は水と反応してH2O2を放出し、それ_が分解して酸素を放出します。エアースパージングは_​​、地下水位より下の圧力下で空気を注入することです。空気注入圧力は、水の静水圧と土壌を通る空気の流れに対する抵抗を克服するのに十分な大きさでなければならない。^{[ 15 ] [ 16 ]}

生物修復は、自然界に存在する細菌によって行われる。生物刺激では、栄養素を加えることで、これらの有益な細菌の個体数を増やすことができる。^{[ 7 ] [ 18 ]}

細菌は原理的には炭化水素の分解に利用できる。^{[ 19 ] [ 20 ]}海洋油流出事故に特有なのは、窒素とリンが生物分解における重要な栄養素であることである。^{[ 21 ]}炭化水素の生物修復は、速度が低いという問題がある。

生物修復には微生物コンソーシアムの作用が関与することがある。コンソーシアム内では、ある種の生成物が別の種の基質となることがある。^{[ 22 ]}

嫌気性バイオレメディエーションは、原理的には、PCE、TCE、DCE、VC、塩素化エタン（TCA、DCA ） 、クロロメタン（CT、CF）、塩素化環状炭化水素、さまざまな高エネルギー物質（例えば、過塩素酸塩、^{[ 23 ]} RDX、TNT）、硝酸塩^{[ 7 ]}を含む、さまざまな酸化汚染物質の処理に利用できます。このプロセスでは、電子供与体を添加して、1) 酸素、硝酸塩、酸化鉄、酸化マンガン、硫酸塩などのバックグラウンド電子受容体を枯渇させ、2) 酸化汚染物質の生物学的および/または化学的還元を促進します。基質の選択と注入方法は、汚染物質の種類と帯水層内の分布、水文地質、および修復の目的に応じて異なります。基質は、従来の井戸設置、直接押し込み技術、または透水性反応バリア（PRB）やバイオウォールなどの掘削および埋め戻しによって追加できます。^{[ 24 ]}食用油または固体基質からなる徐放性製品は、長期間の処理期間中その場にとどまる傾向があります。可溶性基質または徐放性基質の可溶性発酵生成物は、移流および拡散によって移動する可能性があり、より広いが寿命の短い処理ゾーンを提供します。追加された有機基質は、最初に水素（H2）と揮発性脂肪酸（VFA）に発酵されます_。酢酸、乳酸、プロピオン酸、酪酸などのVFAは、細菌の代謝のための炭素とエネルギーを提供します。^{[ 7 ] [ 6 ]}

生物修復は金属に限ったものではありません。2010年にメキシコ湾で大規模な石油流出事故が発生しました。石油流出事故後、海岸の再生には細菌や古細菌の集団が利用されました。これらの微生物は、時間の経過とともに、石油や石油製品などの炭化水素を炭素源やエネルギー源として利用できる代謝ネットワークを発達させてきました。^{[ 25 ]}微生物による生物修復は、環境から毒素を除去することで自然システムを回復させる非常に効果的な現代技術です。

バイオアテニュエーションでは、栄養素や細菌の添加により、生物分解が自然に起こります。存在する固有の微生物が代謝活動を決定し、自然減衰として作用します。^{[ 26 ]}バイオアテニュエーションには人為的な関与はありませんが、汚染された場所を監視する必要があります。^{[ 26 ]}

バイオスパージングは​​、酸素と場合によっては栄養素を注入する地下水浄化プロセスです。酸素を注入すると、土着の細菌が刺激されて分解速度が上がります。^{[ 27 ]}ただし、バイオスパージングは​​、特に地下水浄化に関連する飽和汚染ゾーンに焦点を当てています。^{[ 28 ]}

UNICEF、電力会社、給水業者、地方自治体は、水に投入するだけで済む好気性細菌錠剤などの低コストの生物浄化法をいち早く採用している。^{[ 29 ]}

バイオパイルは、バイオベンティングと同様に、汚染土壌の好気性分解を促進することで石油汚染物質を除去するために使用されます^{[ 31 ]}。ただし、土壌は掘削され、通気システムとともに積み上げられます。この通気システムは、正圧下で酸素を導入するか、負圧下で酸素を除去することによって微生物の活動を促進します^{[ 32 ]。}

ウィンドローシステムは、土壌を定期的に攪拌して通気性を高める堆肥化技術に似ています。^{[ 34 ]}この定期的な攪拌により、土壌中に存在する汚染物質が均一に分散され、生物修復プロセスが加速されます。^{[ 35 ]}

ランドファーミング、または土地処理は、汚泥流出によく用いられる方法です。この方法は、汚染された土壌を分散させ、周期的に回転させることで土壌を通気します。^{[ 36 ]}このプロセスは地上での適用であり、微生物の活動を刺激するためには、汚染された土壌が浅い必要があります。ただし、汚染が5フィートより深い場合は、土壌を地上まで掘り出す必要があります。^{[ 16 ]}これは現場外技術ですが、ランドファーミングは汚染現場で実施できるため、現場内技術とみなすこともできます。 ^{[ 35 ]}